(57)【要約】【課題】エアロゾルを安定的に発生することのできるエアロゾル発生装置、方法及び成膜装置を提供することにある。【解決手段】エアロゾル発生器１０の内部で流動層Ｍ’を形成することにより、材料粒子Ｍの凝集・固化の回避、及び層高方向での均一な粒子分布を実現できる。これと共に、流動層Ｍ’の表層Ｍ’ｓの位置を測定する光センサ３０を設け、光センサ３０によって測定された表層位置データに基づいて、調整装置３１により流動層Ｍ’の表層Ｍ’ｓに対するエアロゾル送出管の端部位置を自動調整する。これにより、流動層表層Ｍ’ｓからエアロゾル送出管２１への吸い込み高さの変化に伴うエアロゾル濃度の変化を抑制する。また、エアロゾル送出管２１の一端部を流動層Ｍ’の表層Ｍ’ｓに沿って相対的に水平移動させることにより、粒子分布が局所的に不均一化するという弊害を回避する。【選択図】図２
2007291503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置であって、
前記キャリアガスの通過を許容する孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室に前記材料粒子を収容可能な容器と、
前記送風室に前記キャリアガスを供給するガス供給部と、
吸込口を有し、前記粉体収容室に一端が挿入されたエアロゾル送出管と、
前記送風室から供給された前記キャリアガスによって前記粉体収容室で形成される前記材料粒子の流動層の表層位置に対して前記エアロゾル送出管の吸込口の上下位置を調整する上下位置調整機構と、
を備えるエアロゾル発生装置。
【請求項２】
さらに、前記吸込口を前記粉体収容室に対して相対的に水平移動させる水平駆動機構を備える請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項３】
さらに、前記流動層の表層位置を測定する測定部を備え、
前記上下位置調整機構は前記測定部によって測定された表層位置データに基づいて前記吸込口の上下位置を調整する請求項１又は２に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項４】
前記測定部が非接触式センサを含み、前記非接触式センサは前記容器の外部に設置されている請求項３に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項５】
前記非接触式センサが光センサである請求項４に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項６】
前記水平駆動機構が、前記容器を載置しつつ前記容器を回転させる回転装置である請求項２に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項７】
前記仕切部材は、上側に突き出した突起が形成されたプレートを含み、前記孔は、前記プレートの下側の面に開口を有し、且つ、前記突起の内部において上側に向かって形成された空気孔と、前記空気孔に連通し、斜め下側に向かって前記突起の側面を貫通して形成された吹出孔とを含んで形成される請求項１〜６のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項８】
材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置であって、
前記キャリアガスの通過を許容する孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室に前記材料粒子を収容可能な容器と、
前記送風室に前記キャリアガスを供給して、前記粉体収容室に収容される前記材料粒子を流動化させて流動層を発生させるガス供給部と、
前記流動層の流動化速度が前記材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるように、前記送風室に供給される前記キャリアガスの供給量を調整する調整機構とを備えるエアロゾル発生装置。
【請求項９】
前記仕切部材は、上側に突き出した突起が形成されたプレートを含み、前記孔は、前記突起の内部において上側に向かって形成された空気孔と、前記空気孔に連通し、前記突起の側面を貫通して下側に向かって形成された吹出孔とを含んで形成される請求項８に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１０】
キャリアガスに材料粒子が分散したエアロゾルを発生させる方法であって、
前記キャリアガスが通過可能な孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られた容器の、前記粉体収容室に材料粒子を投入する投入工程と、
前記送風室にキャリアガスを供給して、前記孔から前記キャリアガスを噴出させることにより、前記粉体収容室内に前記材料粒子の流動層を形成する形成工程と、
エアロゾル送出管の吸込口を前記流動層の表層に対して近接する位置に配して流動化した前記材料粒子を前記エアロゾル送出管へ送出する送出工程と、
前記流動層の流動化速度が前記材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるように、前記送風室に供給されるキャリアガスの供給量を調整する調整工程とを含むエアロゾル発生方法。
【請求項１１】
前記材料粒子がＰＺＴである請求項１０に記載のエアロゾル発生方法。
【請求項１２】
基板に、材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを吹き付けて前記材料粒子の膜を生成する成膜装置であって、
前記キャリアガスが通過可能な孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の気体導入室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室内に材料粒子を収容可能な容器、前記気体導入室に前記キャリアガスを供給するガス供給部、及び、前記送風室から供給された前記キャリアガスによって前記粉体収容室で形成される前記材料粒子の流動層の表層位置に対して、前記エアロゾル送出管の一端部に開口した吸込口の上下位置を調整する上下位置調整機構を含み、前記エアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、
前記エアロゾル送出管の他端部と接続されて前記エアロゾルを前記基板に向けて噴射する噴出ノズルと、
を備える成膜装置。
【請求項１３】
前記エアロゾル発生部は、さらに、前記吸込口を前記粉体収容室に対して相対的に水平移動させる水平駆動機構を含む請求項１２に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記エアロゾル発生部は、さらに、前記流動層の表層位置を測定する測定部を含み、前記上下位置調整機構は前記測定部によって測定された表層位置データに基づいて前記吸込口の上下位置を調整する請求項１２又は１３に記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記測定部が非接触式センサを含み、前記非接触式センサは前記容器の外部に設置されている請求項１４に記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記非接触式センサが光センサである請求項１５に記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記水平駆動機構が、前記容器を載置しつつ前記容器を回転させる回転装置である請求項１３に記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記仕切部材は、上側に突き出した突起が形成されたプレートを含み、前記孔は、前記突起の内部において上側に向かって形成された空気孔と、前記空気孔に連通し、前記突起の側面を貫通して下側に向かって形成された吹出孔とを含んで形成される請求項１２〜１７のいずれかに記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル発生装置、エアロゾル発生方法、及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等に用いられる圧電アクチュエータの製造方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）が挙げられる。ＡＤ法においては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の微粒子を気体中に分散させて形成されたエアロゾルを基板表面に向けて噴射させ、微粒子を基板上に衝突させて堆積させることにより圧電膜を形成する。
【０００３】
ＡＤ法において、エアロゾルを発生させるための機構として、たとえば加振装置を備えたエアロゾル発生機構が知られている（特許文献１参照）。このエアロゾル発生機構は、ガスボンベ、エアロゾル形成室及び過信装置を含み、ガスボンベからエアロゾル形成室内にキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子を舞い上がらせるととともに、加振装置によって容器を振動させることで、材料粒子とキャリアガスとを混合してエアロゾルを発生させる。発生したエアロゾルは、エアロゾル形成室と成膜室との差圧によって、搬送管に吸い込まれてノズルに導かれ、このノズルから基板に向かって噴射される。
【０００４】
この他に、キャリアガスが搬送管に吸い込まれるときに発生する吸引力によって材料粒子をキャリアガスと共に吸引し、エアロゾルを発生させる吸引方式のものも提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１５２３６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
安定に成膜を行うためには、エアロゾル形成室において発生するエアロゾルの濃度を一定に保つことが重要である。しかし、上記のように、加振装置を備えたエアロゾル発生機構では、加振により材料粒子が徐々に凝集し、固化するので流動性を失い、エアロゾル濃度が低下してしまうという問題があった。また、吸引方式のものでは、搬送管の入り口で材料粒子が詰まり易いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアロゾルを安定的に発生させることのできるエアロゾル発生装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置であって、前記キャリアガスの通過を許容する孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室に前記材料粒子を収容可能な容器と、前記送風室に前記キャリアガスを供給するガス供給部と、吸込口を有し、前記粉体収容室に一端が挿入されたエアロゾル送出管と、前記送風室から供給された前記キャリアガスによって前記粉体収容室で形成される前記材料粒子の流動層の表層位置に対して前記エアロゾル送出管の吸込口の上下位置を調整する上下位置調整機構と、を備えるエアロゾル発生装置が提供される。ここで、「相対的に」とは粉体収容室を固定してエアロゾル送出管を動かすこと、エアロゾル送出管を固定して粉体収容室を動かすことのいずれも含む意である。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、流動層を形成することにより、材料粒子の凝集・固化の回避、および層高方向（上下方向）での均一な粒度分布を実現できる。これとともに、上下位置調節機構を設けて流動層の表層に対するエアロゾル送出管の吸込口の上下位置を調整することにより、流動層の表層からエアロゾル送出管への吸い込み高さの変化によるエアロゾル濃度の変動を抑制する。これらより、エアロゾルの安定的な供給が可能となる。
【０００９】
本発明のエアロゾル発生装置は、前記吸込口を前記粉体収容室に対して相対的に水平移動させる水平駆動機構を備えてもよい。ここで、「水平移動」とは、水平方向への移動であればどのような動きでも良く、例えば直線往復運動であってもよく、回転運動であってもよい。
【００１０】
この場合には、エアロゾル発生装置は水平駆動機構を備えているので、エアロゾル送出管の吸込口を流動層の表層に沿って水平移動させることができる。これにより、特定の位置からの吸い込みを続けることによって粒子分布が不均一化するという弊害を回避し、供給されるエアロゾルの濃度を安定させることができる。
【００１１】
本発明のエアロゾル発生装置は、さらに、前記流動層の表層位置を測定する測定部を備えてもよく、前記上下位置調整機構は前記測定部によって測定された表層位置データに基づいて前記吸込口の上下位置を調整してもよい。
【００１２】
この場合には、容器には流動層の表層位置を測定する測定部が備えられ、上下位置調整機構は、この測定部によって測定した表層位置データに基づいてエアロゾル送出管の吸込口の上下位置を調整する。従って、長時間の運転により材料粒子が消費されて流動層の表層位置が降下した場合でも、吸込口の上下位置を自動調整し、粒子の吸い込みが適切に行なわれるようにすることができる。
【００１３】
本発明のエアロゾル発生装置において、前記測定部が非接触式センサを含んでもよく、前記非接触式センサは前記容器の外部に設置されていてもよい。さらに、前記非接触式センサは光センサであってもよい。
【００１４】
この場合には、測定部は非接触式のセンサを含み、このセンサを粉体収容室の外部に設置しているので、粉体収容室の外部で測定部を操作することができ、流動層の表層位置の測定を容易に行うことができる。また、測定部を流動装置の内部に設置する場合のように測定部に粒子が付着することがないため、測定精度の低下が回避でき、また、メンテナンスが容易である。非接触式センサとしては、超音波の反射を利用して流動層の表層の位置を測定する超音波センサ等も使用可能であるが、光センサを用いる場合には、ノイズに強く、大気圧であっても安定に使用しうるという利点がある。
【００１５】
本発明のエアロゾル発生装置において、前記水平駆動機構が、前記容器を載置しつつ前記容器を回転させる回転装置であってもよい。この場合には、吸込口の水平方向位置が固定されている場合であっても、容器を回転させることによって、吸込口を容器の周方向に沿って、流動層の表層に相対して移動させることができるので、特定の位置から吸い込みを続ける恐れがない。
【００１６】
本発明のエアロゾル発生装置において、前記仕切部材は、上側に突き出した突起が形成されたプレートを含んでもよく、前記孔は、前記プレートの下側の面に開口を有し、且つ、前記突起の内部において上側に向かって形成された空気孔と、前記空気孔に連通し、斜め下側に向かって前記突起の側面を貫通して形成された吹出孔とを含んで形成されてもよい。この場合には、吹出孔は、斜め下側に向かって形成されているので、送風室に供給されたキャリアガスを、粉体収容室において下側に向かって吹き出すことができる。そのため、プレートの上面でガスが滞留することを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の第２の態様に従えば、材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置であって、前記キャリアガスの通過を許容する孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室に前記材料粒子を収容可能な容器と、前記送風室に前記キャリアガスを供給して、前記粉体収容室に収容される前記材料粒子を流動化させて流動層を発生させるガス供給部と、前記流動層の流動化速度が前記材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるように、前記送風室に供給される前記キャリアガスの供給量を調整する調整機構とを備えるエアロゾル発生装置が提供される。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、本発明のエアロゾル発生装置は、流動層の流動化速度が前記材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるように、前記送風室に供給される前記キャリアガスの供給量を調整する調整機構を有しているので、粒子間にキャリアガスの泡が発生することを抑制することができ、流動層の表層の乱れを抑止することができる。
【００１９】
本発明の第３の態様に従えば、キャリアガスに材料粒子が分散したエアロゾルを発生させる方法であって、前記キャリアガスが通過可能な孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の送風室とに仕切られた容器の、前記粉体収容室に材料粒子を投入する投入工程と、前記送風室にキャリアガスを供給して、前記孔から前記キャリアガスを噴出させることにより、前記粉体収容室内に前記材料粒子の流動層を形成する形成工程と、エアロゾル送出管の吸込口を前記流動層の表層に対して近接する位置に配して流動化した前記材料粒子を前記エアロゾル送出管へ送出する工程と、前記流動層の流動化速度が前記材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるように、前記送風室に供給されるキャリアガスの供給量を調整する調整工程とを含むエアロゾル発生方法が提供される。ここで、「近接する位置」とは、流動層の表層に対し非接触で、かつ、流動層を構成する材料粒子およびキャリアガスを吸い込み可能な位置であれば良い。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、流動層を形成することにより、材料粒子の凝集・固化の回避、および層高方向での均一な粒度分布を実現できる。これとともに、エアロゾル送出管の吸込口を流動層の表層に対して一定距離を保ちつつ配することで、流動層表層からエアロゾル送出管への吸い込み高さの変化に伴うエアロゾル濃度の変動を抑制する。これらより、エアロゾルの安定的な供給が可能となる。また、流動層の流動化速度を材料粒子の中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下となるようにキャリアガスの供給量を調整することで、粒子間で発生したガスの泡が立ち上っていくことによる層表面の乱れを抑止できる。
【００２１】
本発明のエアロゾル発生方法によれば、前記材料粒子がＰＺＴであってもよい。この場合には、ＰＺＴを用いた圧電層を安定に製造することができる。
【００２２】
本発明の第４の態様に従えば、基板に、材料粒子がキャリアガスに分散されたエアロゾルを吹き付けて前記材料粒子の膜を生成する成膜装置であって、前記キャリアガスが通過可能な孔が形成された仕切部材を含み、前記仕切部材によって上側の粉体収容室と下側の気体導入室とに仕切られ、且つ、前記粉体収容室内に材料粒子を収容可能な容器、前記気体導入室に前記キャリアガスを供給するガス供給部、及び、前記送風室から供給された前記キャリアガスによって前記粉体収容室で形成される前記材料粒子の流動層の表層位置に対して、前記エアロゾル送出管の一端部に開口した吸込口の上下位置を調整する上下位置調整機構を含み、前記エアロゾルを発生させるエアロゾル発生部と、前記エアロゾル送出管の他端部と接続されて前記エアロゾルを前記基板に向けて噴射する噴出ノズルと、を備える成膜装置が提供される。
【００２３】
本発明の第４の態様に従えば、流動層を形成することにより、材料粒子の凝集・固化の回避、および層高方向（上下方向）での均一な粒度分布を実現できる。これとともに、上下位置調節機構を設けて流動層の表層に対するエアロゾル送出管の吸込口の上下位置を調整することにより、流動層の表層からエアロゾル送出管への吸い込み高さの変化によるエアロゾル濃度の変動を抑制する。これらより、エアロゾルの安定的な供給が可能となり、成膜される膜の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１および図２を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
図１には、本発明を具体化した成膜装置１の概略図を示す。成膜装置１は、材料粒子をキャリアガスに分散させてエアロゾルを形成するためのエアロゾル発生装置２（エアロゾル発生部、エアロゾル発生装置）、およびエアロゾルを噴出ノズル２３から噴出させて基板（処理材）２６に付着させるための成膜チャンバ２０を備えている。
【００２６】
まず、エアロゾル発生装置２について説明する。エアロゾル発生装置２は円筒形状に形成されたエアロゾル発生器１０（容器）を備えている。エアロゾル発生器１０の内部は、分散板１１（仕切部材）によって上下に隔てられている。換言すれば、エアロゾル発生器１０は分散板１１によって２室に仕切られている。
【００２７】
図２に示すように、エアロゾル発生器１０は、上端が開口している円筒形状の下側容器１０Ａと、下側容器と同径であって下端が開口する円筒形状の上側容器１０Ｂとを備えている。下側容器１０Ａおよび上側容器１０Ｂの開口部には、それぞれ全周にわたって外周方向に張り出しているフランジ部Ｆ１、Ｆ２が設けられている。分散板１１は、円盤状のプレート部１２と、このプレート部１２上に設けられた多数のガス分散ノズル１３とを備える多ノズル板であって、その外径は下側容器１０Ａおよび上側容器１０Ｂのフランジ部Ｆ１、Ｆ２の外径とほぼ等しい。下側容器１０Ａのフランジ部Ｆ１上にプレート部１２が重ねられ、さらにその上に上側容器１０Ｂが重ねられている。両フランジ部Ｆ１、Ｆ２でプレート部１２の外周縁を挟みつつ支持することで、上下２室に仕切られたエアロゾル発生器１０が組み立てられている。
【００２８】
ガス分散ノズル１３は、円筒形状であって、プレート部１２の上面に立設されたスタンドパイプ１４を備えている。スタンドパイプ１４の上側の開口は塞がれており、スタンドパイプ１４の内部には下側に開口する空気孔１５が形成されている。スタンドパイプ１４には、径方向に沿って斜め下側に向かう複数の吹出孔１６が形成され、空気孔１５と外部空間とを連通している。なお、吹出孔１６は、周方向に均等ピッチで設けられている。このように、吹出孔１６の吹き出し側が下向きとなるように、吹出孔１６を傾斜させて形成することによって、キャリアガスを斜め下向きに噴出させることができ、プレート部１２の上面でガスが滞留することを防いでいる。この空気孔１５と吹出孔１６とが、本発明の孔を構成する。
【００２９】
この分散板１１によって仕切られた室のうち、下側の室は送風室１７であり、送風室１７には、ガス供給部１８０からキャリアガスが供給される。ガス供給部１８０は、ガスボンベＧと、ガスボンベＧと送風室１７とを接続するガス供給管１８とを有する。キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン等の不活性ガス及び／又は、窒素、空気、酸素等を使用することができる。
【００３０】
上側の室は粉体収容室１９であり、ここには、材料粒子Ｍが投入される。送風室１７へ供給されたキャリアガスは、ガス分散ノズル１３の内部を通って粉体収容室１９内へ噴出される。これによって、粉体収容室１９内の材料粒子Ｍが流動化され、分散板１１の上側に流動層Ｍ'が形成される。
【００３１】
粉体収容室１９の天井１９Ａには窓１９Ｂが設けられており、この窓１９Ｂの上部には、光学的な測定装置である光センサ３０が設置されている。窓１９Ｂには、所定の波長の測定光を透過する透過板が嵌め込まれており、光センサ３０からの出射光、および流動層Ｍ'からの反射光を透過できる。これにより、粉体収容室１９を密閉状態としたまま、外部から光センサ３０を操作して流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓの位置を測定することができる。
【００３２】
粉体収容室１９には、粉体収容室１９内で発生したエアロゾルを後述の噴出ノズル２３に送るエアロゾル送出管２１が接続されている。エアロゾル送出管２１の一方の端部は、上下方向に延在した状態で粉体収容室１９に差し込まれている。
【００３３】
このエアロゾル送出管２１には、粉体収容室１９内に挿入されている部分（以下、「挿入部２１Ａ」という）の上下方向の位置を調節するための調整装置（上下位置調整機構）３１が取り付けられている。調整装置３１は、エアロゾル送出管２１を上下方向に動かす駆動部と、上記した光センサ３０と接続されて、光センサ３０からの信号を受信して駆動部に駆動命令を出すＣＰＵとを備えている。調整装置３１は、光センサ３０により測定された流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓの位置についての情報を受けて、エアロゾル送出管２１の先端の吸込口２１Ｂが流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに対して近接するように、吸込口２１Ｂの上下方向の位置を調節する。なお、本願において、近接する位置とは、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに接触することなく上方に離間した位置であって、かつ、キャリアガスに分散された材料粒子Ｍを吸い込み可能な位置を意味する。
【００３４】
このエアロゾル発生器１０は、回転装置（水平駆動機構）４０の上に据え付けられている。回転装置４０は、ベース部４１に設けられた不図示のモータと、ベース部４１の上面に配置され、且つ、モータの回転軸に取り付けられた回転テーブル４２とを備え、この回転テーブル４２上にエアロゾル発生器１０が載置されている。
【００３５】
次に、成膜チャンバ２０について説明する。成膜チャンバ２０は矩形の箱状の形状であり、その内部には、基板２６を取り付けるためのステージ２２と、このステージ２２の下方に配置された噴出ノズル２３が備えられている。噴出ノズル２３は、上下に開口した円筒形状であり、上側の開口には、スリット状の噴出口２３Ａが形成されている。また、下側の開口部はエアロゾル送出管２１の他方の端部（粉体収容室１９に挿入されている側とは逆側の端部）に接続されており、粉体収容室１９内の材料粒子Ｍおよびキャリアガス（エアロゾル）がエアロゾル送出管２１を通って噴出ノズル２３に供給される。
【００３６】
ステージ２２は矩形板状であり、下面側に基板を保持することができる。ステージ２２は、ステージ移動機構２４によって水平姿勢で天井から吊り下げられている。ステージ移動機構２４は、図示しない制御装置からの指令に応じて駆動され、ステージ２２をステージと平行な面内において移動させる。これにより、噴出ノズル２３を基板２６に相対して移動させることが可能である。また、成膜チャンバ２０には、粉体回収装置２５を介して真空ポンプＰが接続されており、成膜チャンバ２０の内部を減圧できる。
【００３７】
次に、上記のように構成された成膜装置１を用いて膜の形成を行う方法について図３を参照しつつ説明する。
【００３８】
成膜装置１を用いて材料粒子Ｍの膜を形成する際には、まず、基板２６をステージ２２にセットし、粉体収容室１９の内部に材料粒子Ｍを投入する（投入工程Ｓ１）。材料粒子Ｍとしては、例えば圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用することができる。
【００３９】
次いで、ガスボンベＧからガス供給管１８を介してキャリアガスを送風室１７に供給し（図２中矢印参照）、キャリアガスをガス分散ノズル１３から粉体収容室１９に噴射する（形成工程Ｓ２）。これにより、粉体収容室１９内の材料粒子Ｍが流動化し、分散板１１の上側に流動層Ｍ'が形成される。この流動層Ｍ'においては、材料粒子Ｍはキャリアガスに分散しており、エアロゾルが形成されている。
【００４０】
ここで、粒子間に発生したキャリアガスの泡が、エアロゾル内を立ち上っていくことにより、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓの乱れが生じることがある。本願発明者は、この表層Ｍ’ｓの乱れを抑止するためには、流動層Ｍ'の流動化速度が材料粒子Ｍの中心粒子径に対する最小流動化速度ＵMFの２倍以下、好ましくは１〜２倍となるようにキャリアガスの流速を調節することが効果的であることを見出した。ここで、流動層Ｍ’が形成されている場合、流動層Ｍ’の流動化速度はキャリアガスの流速に等しい。また、流動層Ｍ’が形成されている場合、材料粒子Ｍは複数の材料粒子Ｍが凝集したクラスターを形成しており、「材料粒子Ｍの中心粒子径」とは、材料粒子Ｍのクラスターの平均粒子径を意味している。また、最小流動化速度ＵＭＦとは、粒子が流動化を開始したときの流動化速度（流動化開始速度）のことであり、本実施形態のように、固体粒子層の下部から気体を流して粒子を浮遊させ、粒子を流動化させる場合においては、粒子の流動化させるのに必要なガス流速の最小値に等しい。最小流動化速度ＵＭＦは、流動化する粒子の径、ガス密度等に依存する量であり、最小流動化速度ＵＭＦはたとえば下記式により求めることができる。
【００４１】
【数１】
2007291503.tif 000003
但し、ＤＰ：粒子径（μｍ）、ｆ：定数、φ：比表面積（ｍ2／ｇ）、εMF：空間率、ρP：粒子真密度（ｋｇ／ｍ3）、ρ：ガス密度（ｋｇ／ｍ3）、μ：ガス粘度（Ｐａ・ｓ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2）
粒子としてＰＺＴの微粒子を使用し、キャリアガスとしてヘリウムを使用した場合に上記式より求めた最小流動化速度を表１に示す。例えば空間率（空隙率）を粒子間に泡が発生しないための上限である１０％に設定し、定数ｆを１５０、粒子径０．８μｍとして計算すると約０．３ｍｍ／ｓ程度の流動化速度が必要となる。流動層の流動化速度が、上述のようにして求められた最小流動化速度の２倍以下となるように、ガスボンベＧから供給されるキャリアガスの供給量が調整する（調整工程Ｓ３）。この場合、ガスボンベＧのバルブの開閉によりキャリアガスの供給量を調整してもよく、ガス供給管１８に、例えばバルブ、マスフローコントローラ等の、キャリアガスの流量を制御する流量制御機構を設けてもよい。
【００４２】
【表１】
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次いで、回転装置４０によってエアロゾル発生器１０を回転させつつ、成膜チャンバ２０を真空ポンプＰにより減圧する。すると、粉体収容室１９と成膜チャンバ２０との間に圧力差が発生し、この差圧により、粉体収容室１９内においてエアロゾル状態となっている材料粒子Ｍおよびキャリアガスがエアロゾル送出管２１内に吸引され、高速に加速されて噴出ノズル２３へ送られる（送出工程Ｓ４）。
【００４３】
このとき、エアロゾル発生器１０の回転により、エアロゾル送出管２１の吸込口２１Ｂが流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに沿って、相対的に水平移動する。このようなならい操作（トレーシングオペレーション）により、特定の位置からの吸い込みを続けることによって粒子濃度が局所的に低下するという弊害を回避することができ、エアロゾル送出管２１へ吸い込まれる材料粒子Ｍの濃度を安定化することができ、さらには、噴出ノズル２３から噴出されるエアロゾルの濃度を安定化させることができる。
【００４４】
なお、エアロゾル送出管２１における先端の吸込口２１Ｂは、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓから材料粒子Ｍを吸い込み可能な程度に近接させておけばよく、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに接触させず、僅かに離間した位置に保つことが好ましい。吸込口２１Ｂでの材料粒子Ｍの凝集を防ぐためである。
【００４５】
噴出ノズル２３に送られた材料粒子Ｍとキャリアガスとの混合物（エアロゾル）は噴出口２３Ａから基板に向かって噴出される。噴出された材料粒子Ｍは基板に衝突して固着し、圧電膜を形成する。このとき、ステージ移動機構２４によってステージ２２を動かすことで基板に対する噴出ノズル２３の相対位置を少しずつずらしながらエアロゾルの吹き付けを行う。これにより、基板の全面にわたって膜が形成される。基板に衝突した後のエアロゾルは、真空ポンプＰの吸引力によって粉体回収装置２５へ排出される。
【００４６】
なお、長時間にわたって成膜装置１を作動させていると、粉体収容室１９内の材料粒子Ｍが消費され、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓ位置が下がってくる。このため、調整装置３１によってエアロゾル送出管２１の上下位置の調整を行う。調整装置３１のＣＰＵは、光センサ３０が検知した流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓの位置の情報を受信している。受信した位置情報に基づいて、調整装置３１のＣＰＵが、表層Ｍ'ｓの位置がエアロゾル送出管２１の吸込口２１Ｂから所定量以上低下したと判断した場合には、駆動部に対して駆動命令を出して、エアロゾル送出管２１を上下方向に移動させ、吸込口２１Ｂを流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに対して近接する位置に移動させる。このようにして、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓとエアロゾル送出管２１との間隔（吸い込み高さ）が変動することによるエアロゾル濃度の変動を抑制する。
【００４７】
また、非接触式の光センサ３０を用いて粉体収容室１９の外部から流動層Ｍ'の高さを測定しているので、成膜装置１の運転中に光センサ３０に材料粒子Ｍが付着する恐れが無い。このため、測定精度が低下することを回避できる。また、メンテナンスが容易となる。
【００４８】
以上のように本実施形態によれば、流動層Ｍ'を形成することにより、材料粒子Ｍの凝集・固化を回避することができ、粒径の大きな材料粒子Ｍが沈殿することが無いので、高さ方向（層高方向、エアロゾル発生器１０の軸方向）で均一な粒度分布を実現できる。さらに、調整装置３１を設けて流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに対するエアロゾル送出管２１の端部位置を調整しているので、流動層表層Ｍ'ｓとエアロゾル送出管２１との間の間隔の変化に伴うエアロゾル濃度の変化を抑制することができ、エアロゾルを安定的に供給することができる。
【００４９】
エアロゾル発生器１０は、流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓ位置を測定する光センサ３０を備えており、調整装置３１は、光センサ３０によって測定された表層Ｍ'ｓ位置データに基づいてエアロゾル送出管２１の上下位置を調整する。したがって、長時間の運転により材料粒子Ｍが消費されて流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓの位置が降下した場合であっても、表層Ｍ'ｓの位置を検出してエアロゾル送出管２１の上下位置を調製する、という操作を自動的に行わせることができ、適切に粒子を吸い込むことができる。
【００５０】
また、エアロゾル送出管２１の一端を流動層Ｍ'の表層Ｍ'ｓに沿って相対的に水平移動させるならい操作により、特定の位置からの吸い込みを続けることによって粒子分布が不均一化するという弊害を回避することができ、供給されるエアロゾルの濃度を安定させることができる。
【００５１】
光センサ３０は非接触式であり、かつ、粉体収容室１９の外部に設置されているから、測定のために粉体収容室１９を開閉する必要がない。このため、測定操作の影響によって粉体収容室内の流動層Ｍ'が不安定になる恐れがない。また、光センサ３０に材料粒子Ｍが付着し、汚染することがないため、測定精度の低下が回避でき、メンテナンスが容易となる。
【００５２】
加えて、流動層Ｍ'の流動化速度を、材料粒子Ｍの中心粒子径に対する最小流動化速度の２倍以下に設定しているので、粒子間に発生したガスの泡が立ち上っていくことによる層表面の乱れを抑止できる。
【００５３】
本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【００５４】
上記実施形態では、分散板１１は多数のガス分散ノズル１３を備えた多ノズル板であったが、仕切部材はキャリアガスの通過を許容する孔部を備えていればよく、例えば多孔質の焼結体、パンチングメタル等であっても構わない。
【００５５】
上記調整装置の駆動部には任意の駆動機構を使用しうる。例えば、ボールネジとモータ（ステッピングモータ、サーボモータ等）を組み合わせた駆動機構であってもよく、エアシリンダ、アクチュエータを用いた駆動機構であってもよい。同様に、上記回転装置もモータの回転軸に取り付けられた回転テーブルを用いた回転装置に限られず、例えばモータの駆動力を所定のギアを介して回転テーブルに伝達する回転駆動機構など、任意の回転駆動機構を利用しうる。
【００５６】
上記実施形態では、回転装置４０によってエアロゾル発生器１０を回転させることによって、エアロゾル送出管２１の吸込口２１Ａを粉体収容室１９中の流動層Ｍ'に対して相対的に移動させていたが、例えばエアロゾル送出管に水平駆動装置を取り付け、直接に水平移動させても構わない。この水平駆動装置にも、上述のボールネジとモータを組み合わせた水平駆動機構、エアシリンダ、（電動）アクチュエータを利用した水平駆動機構など、任意の水平駆動機構を使用しうる。
【００５７】
上記実施形態では、非接触式の位置センサとして光センサを用いていたが、使用可能な非接触センサは光センサに限られず、例えば超音波センサ、磁気センサ等の任意の非接触式の位置センサを使用しうる。
【００５８】
上記実施形態では、エアロゾル送出管の吸込口は、エアロゾル送出管の末端に形成されていたが、吸込口が形成される位置は末端に限られず、例えばエアロゾル送出管の途中の側面に形成されていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態の成膜装置の概略図である。
【図２】エアロゾル発生器の概略側断面図である。
【図３】本実施形態の成膜方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１…成膜装置
２…エアロゾル発生装置（エアロゾル発生装置、エアロゾル発生部）
１０…エアロゾル発生器（容器）
１１…分散板（仕切部材）
１５…空気孔（孔部）
１６…吹出孔（孔部）
１７…送風室
１８…ガス供給管（ガス供給部）
１９…粉体収容室
２１…エアロゾル送出管
２１Ｂ…吸込口
２３…噴出ノズル
３０…光センサ（測定部）
３１…調整装置（上下位置調整機構）
４０…回転装置（水平駆動機構）
Ｇ…ガスボンベ（ガス供給部）
Ｍ…材料粒子
Ｍ'…流動層
Ｍ'ｓ…表層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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